Célula de trabalho para montagem de pequenos componentes em PCB

Abstract

Na montagem de uma placa de circuito impresso (PCB), quando todos os componentes são dispositivos montados à superfície (SMD), o processo de montagem é automático. No entanto, se a placa incluir componentes de pino através de furos (PTH), estes têm de ser inseridos manualmente, o que leva a atrasos na linha de produção. Neste contexto, o presente trabalho propõe e valida uma célula de trabalho para a inserção automática de diferentes conetores e componentes eletrónicos, como condensadores, tirístores, entre outros (do tipo PTH), em placas de circuito impresso, baseada num robô colaborativo, num sistema de visão e num controlador lógico programável (PLC, do inglês Programmable Logic Controller). Especificamente, foi utilizado o robô colaborativo TM5-700, capaz de realizar movimentos rápidos e seguros, garantindo uma tarefa de pick and place precisa e eficiente, o sistema de visão externo FH1050 da OMRON, capacitado de funcionalidades de melhoramento de imagem e inspeção, e ainda o PLC NX102-9020, capaz de monitorizar e controlar a célula de trabalho. Para além da tarefa de pick and place, o robô está ainda encarregue de, através do seu sistema de visão interno, fazer a leitura do part number da PCB e a referenciação da mesma, garantindo a correta inserção de todos os componentes nas placas. Por sua vez, o sistema de visão externo valida cada componente antes da sua inserção, dividindo para tal o componente em secções e contabilizando o número de pinos presentes face ao esperado. Por fim, o PLC controla o fluxo da célula de trabalho desenvolvida, recebendo os diferentes sinais provenientes dos restantes sistemas e sensores, e posteriormente tomando decisões e dando ordens para que os sistemas realizem as suas respetivas tarefas de acordo com o fluxo de trabalho. Os diferentes módulos foram validados, tendo sido realizados testes à rapidez e segurança do sistema robô, à fiabilidade e precisão do sistema de visão externo, e ainda à capacidade de monitorização do PLC, bem como de comunicação à base de dados. Os resultados obtidos foram satisfatórios, tendo sido verificados todos os requisitos propostos inicialmente para a célula de trabalho. Em suma, desenvolveu-se uma célula de trabalho operacional capaz de substituir o processo manual na assemblagem de PCBs com componentes do tipo PTH, otimizando este processo e mantendo os altos níveis de desempenho.

When assembling a printed circuit board (PCB), when all components are surface mount devices (SMD), the process can be automatic. However, if the board includes pin through-hole (PTH) components, these must be manually inserted, which leads to delays in the production line. In this context, this work proposes and validates a work cell for the automatic insertion of different connectors and electronic components, such as capacitors, thyristors, among others (of the PTH type), in printed circuit boards, based on a collaborative robot, a vision system and a programmable logic controller (PLC). Specifically, it was used the TM5-700 collaborative robot, capable of fast and safe movements, ensuring an accurate and efficient pick and place task, the OMRON FH1050 external vision system, integrating image enhancement and inspection functionalities, and also the NX102-9020 PLC, capable of monitoring and controlling the work cell. Besides the pick and place task, the robot is also in charge of, through its internal vision system, reading the PCB part number and perform its referencing, ensuring the correct insertion of all components in the board. In turn, the external vision system validates each component before its insertion, dividing it into sections and counting the number of pins present compared to what is expected. Finally, the PLC controls the flow of the developed work cell, receiving the different signals from the other systems and sensors, and then making decisions and giving orders to the other systems to perform their respective tasks according to the workflow. The different modules were validated, and tests were made to the speed and safety of the robot system, the reliability and precision of the external vision system, and the PLC monitoring capacity, as well as the database communication features. The results obtained were satisfactory, having verified all the requirements initially proposed for the work cell. In short, an operational work cell was developed capable of replacing the manual process in the assembly of PCBs with PTH components, optimizing this process and maintaining high levels of performance.